Jump to content

Электрический орган (рыба)

Это хорошая статья. Нажмите здесь для получения дополнительной информации.

Электрический скат ( Torpediniformes ), показывающий расположение парных электрических органов в голове и расположенные внутри нее электроциты.

В биологии электрический орган — это орган , который электрическая рыба использует для создания электрического поля . Электрические органы происходят из модифицированной мышечной или, в некоторых случаях, нервной ткани , называемой электроцитами, и эволюционировали как минимум шесть раз среди пластиножаберных и костистых рыб . Эти рыбы используют свои электрические разряды для навигации , общения, спаривания, защиты , а у сильно электрических рыб также для выведения из строя добычи .

Электрические органы двух сильно электрических рыб, ската-торпеды и электрического угря, были впервые изучены в 1770-х годах Джоном Уолшем , Хью Уильямсоном и Джоном Хантером . Чарльз Дарвин использовал их как пример конвергентной эволюции в своей книге «Происхождение видов» 1859 года . Современные исследования начались с Гансом Лиссманом исследования в 1951 году электрорецепции и электрогенеза у Gymnarchus niloticus .

История исследований

[ редактировать ]

Подробные описания мощных электротоков, которые мог наносить электрический сом , были написаны еще в Древнем Египте . [ 1 ]

В 1770-х годах электрические органы ската -торпеды и электрического угря были предметом Королевского общества докладов Джона Уолша . [ 2 ] Хью Уильямсон , [ 3 ] и Джон Хантер , открывший то, что сейчас называется органом Хантера. [ 4 ] [ 5 ] Похоже, они повлияли на мышление Луиджи Гальвани и Алессандро Вольты – основателей электрофизиологии и электрохимии. [ 6 ] [ 7 ]

В 19 веке Чарльз Дарвин обсуждал электрические органы электрического угря и ската-торпеды в своей книге 1859 года «Происхождение видов» как вероятный пример конвергентной эволюции : «Но если бы электрические органы были унаследованы от одного древнего прародителя, то, таким образом, при условии, что мы могли бы ожидать, что все электрические рыбы были бы особым родством друг с другом… Я склонен полагать, что почти так же, как два человека иногда независимо друг от друга придумывали одно и то же изобретение, так и естественный отбор , работающий на благо каждого существа и, воспользовавшись аналогичными вариациями, иногда почти одинаковым образом видоизменял две части двух органических существ». [ 8 ] В 1877 году Карл Сакс изучал рыбу и обнаружил то, что сейчас называется органом Сакса. [ 9 ] [ 10 ]

орган Сакса Три электрических органа электрического угря — главный орган, и орган Хантера — занимают большую часть его тела, как было обнаружено в 1770-х годах . Они могут как слабо разряжаться для электролокации , как и у других гимнотид , так и сильно, чтобы оглушать добычу.

С 20-го века электрические органы получили широкое исследование, например, в Ганса Лиссмана новаторской статье 1951 года о гимнархах. [ 11 ] и его обзор их функций и эволюции в 1958 году. [ 12 ] Совсем недавно электроциты Torpedo Californica были использованы при первом секвенировании рецептора ацетилхолина Нодой и его коллегами в 1982 году, тогда как электроциты Electrophorus использовались при первом секвенировании потенциалзависимого натриевого канала Нодой и его коллегами в 1984 году. [ 13 ]

Анатомия

[ редактировать ]

Расположение органа

[ редактировать ]

У большинства электрических рыб электрические органы огня ориентированы по длине тела, обычно лежат по длине хвоста и внутри мускулатуры рыбы, как у слононосой рыбы и других мормирид . [ 14 ] Однако у двух морских групп — звездочетов и скатов-торпед — электрические органы ориентированы вдоль дорзо-вентральной (вверх-вниз) оси. У торпедного луча орган находится вблизи грудных мышц и жабр. [ 15 ] Электрические органы звездочета расположены за глазами. [ 16 ] У электрического сома органы расположены чуть ниже кожи и покрывают большую часть тела, словно оболочка. [ 1 ]

Строение органа

[ редактировать ]

Электрические органы состоят из стопок специализированных клеток , генерирующих электричество. [ 13 ] Их по-разному называют электроцитами, электробляшками или электроплаксами. У некоторых видов они имеют сигарообразную форму; в других - плоские дискообразные клетки. У электрических угрей есть стопки из нескольких тысяч таких клеток, каждая из которых вырабатывает напряжение 0,15 В. Клетки функционируют, перекачивая ионы натрия и калия через клеточные мембраны с помощью транспортных белков, потребляя аденозинтрифосфат при этом (АТФ). Постсинаптически электроциты работают во многом аналогично мышечным клеткам : деполяризуются при притоке ионов натрия и впоследствии реполяризуются при оттоке ионов калия; но электроциты намного крупнее и не сокращаются. У них есть никотиновые ацетилхолиновые рецепторы . [ 13 ]

Стопку электроцитов уже давно сравнивают с гальванической батареей , и, возможно, она даже вдохновила на изобретение батареи в 1800 году , поскольку аналогию уже отметил Алессандро Вольта. [ 6 ] [ 17 ]

Анатомия электрического угря: первая деталь показывает электрические органы, состоящие из стопок электроцитов. Вторая деталь показывает отдельную клетку с ионными каналами и насосами через клеточную мембрану ; Кнопки терминалов нервных клеток высвобождают нейротрансмиттеры, вызывая электрическую активность. Последняя деталь показывает спиральные белковые цепи ионного канала.

Эволюция

[ редактировать ]

Электрические органы развивались как минимум шесть раз у различных костистых и пластиножаберных рыб. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] Примечательно, что они конвергентно эволюционировали африканских Mormyridae и южноамериканских Gymnotidae в группах электрических рыб . Эти две группы имеют отдаленное родство, поскольку у них был общий предок до того, как суперконтинент Гондвана раскололся на американский и африканский континенты, что привело к расхождению этих двух групп. Событие полногеномной дупликации в линии костистых костей позволило неофункционализировать ген потенциалзависимого натриевого канала Scn4aa, который производит электрические разряды. [ 22 ] [ 23 ] Ранние исследования указывали на конвергенцию между линиями, но более поздние геномные исследования имеют больше нюансов. [ 24 ] Сравнительная транскриптомика линий Mormyroidea, Siluriformes и Gymnotiformes, проведенная Лю (2019), пришла к выводу, что, хотя параллельной эволюции целых транскриптомов электрических органов не существует, существует значительное количество генов, которые демонстрируют параллельные изменения экспрессии генов от мышечной функции к электрической. функции органов на уровне проводящих путей. [ 25 ]

Электрические органы всех электрических рыб происходят из скелетных мышц , электрически возбудимой ткани, за исключением Apteronotus (Латинская Америка), у которых клетки происходят из нервной ткани . [ 13 ] Исходная функция электрического органа в большинстве случаев полностью не установлена; Однако известно , что орган африканского пресноводного сома Synodontis развился из производящих звук мышц. [ 26 ]

Электроциты произошли из существующей возбудимой ткани — скелетных мышц . [ 13 ] Электроциты собираются в стопки для создания большего напряжения (и в несколько стопок для создания более сильных токов , не показано). Электрические рыбы могут иметь двухфазные разряды (как показано на рисунке) или разряды других типов.

Разряд электрического органа

[ редактировать ]

Электрические разряды органов (EOD) должны меняться со временем для электролокации , будь то импульсы, как у Mormyridae, или волны, как у Torpediniformes и Gymnarchus , африканской рыбы-ножа. [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] Многие электрические рыбы также используют EOD для общения, тогда как виды с сильными электрическими свойствами используют их для охоты или защиты. [ 28 ] Их электрические сигналы часто просты и стереотипны и одинаковы во всех случаях. [ 27 ]

Электрические разряды органов контролируются мозговым командным ядром ядром пейсмекерных нейронов головного мозга. Электромоторные нейроны выделяют ацетилхолин в электроциты. Электроциты запускают потенциал действия, используя свои потенциалзависимые натриевые каналы с одной стороны, а у некоторых видов - с обеих сторон. [ 30 ]

Электролокация и характер разряда электрических рыб [ 29 ]
Группа среда обитания Электро-
расположение
Увольнять Тип Форма волны Спайк/волна
продолжительность
Напряжение
Торпединообразные
Электрические лучи
Морская вода Активный Слабый, сильный Волна 10 мс 25 V
Раджиды
Коньки
Морская вода Активный Слабый Пульс 200 мс 0.5 V
Мормириды
Рыбы-слоны
Пресноводный Активный Слабый Пульс 1 мс 0.5 V
Гимнарх
Африканская рыба-нож
Пресноводный Активный Слабый Волна 3 мс < 5 V
Гимнотус
Полосатая рыба-нож
Пресноводный Активный Слабый Пульс 2 мс < 5 V
Эйгенмания
Стеклянная рыба-нож
Пресноводный Активный Слабый Волна 5 мс 100 мВ
Электрофор
Электрические угри
Пресноводный Активный Сильный Пульс 2 мс 600 V [ 31 ]
Малаптеруриды
Электрические сомы
Пресноводный Активный Сильный Пульс 2 мс 350 V [ 32 ]
Ураноскопиды
Звездочеты
Морская вода Никто Сильный Пульс 10 мс 5 V

В художественной литературе

[ редактировать ]

Способность производить электричество занимает центральное место в Наоми Олдерман « 2016 года научно-фантастическом романе Сила» . [ 33 ] В книге женщины развивают способность выпускать из пальцев электрические разряды, достаточно мощные, чтобы оглушить или убить. [ 34 ] В романе упоминается способность таких рыб, как электрический угорь, наносить сильные удары током, при этом электричество генерируется в специально модифицированной полоске или мотке поперечно-полосатых мышц на ключицах девочек. [ 35 ]

В рассказе поэтессы и писательницы Анны Килер «В объятиях электрического угря» изображена девушка, которая, в отличие от электрического угря, чувствует создаваемые ею электрические разряды. Взволнованная и подавленная, она непреднамеренно сжигает себя заживо собственным электричеством. [ 36 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б Вельцель, Георг; Шустер, Стефан (15 февраля 2021 г.). «Эффективная высоковольтная защита в электрическом соме» . Журнал экспериментальной биологии . 224 (4). дои : 10.1242/jeb.239855 . ПМИД   33462134 . S2CID   231639937 .
  2. ^ Уолш, Джон (1773). «Об электрических свойствах торпеды: в письме Бенджамину Франклину». Философские труды Лондонского королевского общества (64): 461–480.
  3. ^ Уильямсон, Хью (1775). «Опыты и наблюдения над Gymnotus electricus , или электрическим угрем». Философские труды Лондонского королевского общества (65): 94–101.
  4. ^ Хантер, Джон (1773). «Анатомические наблюдения над торпедой». Философские труды Лондонского королевского общества (63): 481–489.
  5. ^ Хантер, Джон (1775). «Отчет о Gymnotus electricus ». Философские труды Лондонского королевского общества (65): 395–407.
  6. ^ Перейти обратно: а б Александр, Мауро (1969). «Роль гальванической батареи в полемике Гальвани-Вольта относительно животного и металлического электричества». Журнал истории медицины и смежных наук . XXIV (2): 140–150. дои : 10.1093/jhmas/xxiv.2.140 . ПМИД   4895861 .
  7. ^ Эдвардс, Пол (10 ноября 2021 г.). «Поправка к отчету о ранних электрофизиологических исследованиях, посвященных 250-летию исторической экспедиции на Иль-де-Ре» . HAL архив открытого доступа . Проверено 6 мая 2022 г.
  8. ^ Дарвин, Чарльз (1859). О происхождении видов путем естественного отбора, или о сохранении избранных рас в борьбе за жизнь . Лондон: Джон Мюррей. ISBN  978-1-4353-9386-8 .
  9. ^ Сакс, Карл (1877). «Наблюдения и исследования южноамериканского электрического угря (Gymnotus electricus)». Архивы анатомии и физиологии (на немецком языке): 66–95.
  10. ^ Сюй, Цзюнь; Цуй, Сян; Чжан, Хуэйюань (18 марта 2021 г.). «Третья форма электроорганного разряда электрических угрей» . Научные отчеты . 11 (1): 6193. doi : 10.1038/s41598-021-85715-3 . ISSN   2045-2322 . ПМЦ   7973543 . ПМИД   33737620 .
  11. ^ Лиссманн, Ганс В. (1951). «Непрерывные электрические сигналы от хвоста рыбы Gymnarchus niloticus Cuv». Природа . 167 (4240): 201–202. Бибкод : 1951Natur.167..201L . дои : 10.1038/167201a0 . ПМИД   14806425 . S2CID   4291029 .
  12. ^ Лиссманн, Ганс В. (1958). «О функции и эволюции электрических органов рыб» . Журнал экспериментальной биологии . 35 : 156 и далее. дои : 10.1242/jeb.35.1.156 .
  13. ^ Перейти обратно: а б с д и Маркхэм, MR (2013). «Физиология электроцитов: 50 лет спустя» . Журнал экспериментальной биологии . 216 (13): 2451–2458. дои : 10.1242/jeb.082628 . ISSN   0022-0949 . ПМИД   23761470 .
  14. ^ фон дер Эмде, Г. (15 мая 1999 г.). «Активная электролокация предметов у слабоэлектрических рыб». Журнал экспериментальной биологии . 202 (10): 1205–1215. дои : 10.1242/jeb.202.10.1205 . ПМИД   10210662 .
  15. ^ Гамлетт, Уильям К. (1999). Акулы, скаты и скаты: биология пластиножаберных рыб . Балтимор и Лондон: JHU Press. ISBN  0-8018-6048-2 .
  16. ^ Берри, Фредерик Х.; Андерсон, Уильям В. (1961). «Рыбы-звездочеты из западной части Северной Атлантики (семейство Uranoscopidae)» (PDF) . Труды Национального музея США . 1961 год .
  17. ^ Рутледж, Роберт (1881). Популярная история науки (2-е изд.). Г. Рутледж и сыновья. п. 553 . ISBN  0-415-38381-1 .
  18. ^ Закон, ХХ; Цвикль, диджей; Лу, Ю.; Хиллис, DM (2008). «Молекулярная эволюция коммуникационных сигналов у электрических рыб» . Журнал экспериментальной биологии . 211 (11): 1814–1818. дои : 10.1242/jeb.015982 . ПМИД   18490397 .
  19. ^ Лавуэ, С. (2000). «Филогенетические взаимоотношения мормиридовых электрических рыб (Mormyridae; Teleostei), выведенные на основе последовательностей цитохрома b». Молекулярная филогенетика и эволюция . 14 (1). Р. Бигорн, Ж. Лекуантр и Ж. Ф. Аньезе: 1–10. дои : 10.1006/mpev.1999.0687 . ПМИД   10631038 .
  20. ^ Лавуэ, С.; Мия, М.; Арнегард, Мэн; и др. (2012). «Сравнимый возраст независимого возникновения электрогенеза у слабоэлектрических рыб Африки и Южной Америки» . ПЛОС ОДИН . 7 (5): e36287. Бибкод : 2012PLoSO...736287L . дои : 10.1371/journal.pone.0036287 . ПМК   3351409 . ПМИД   22606250 .
  21. ^ Кавасаки, М. (2009). «Эволюция систем временного кодирования у слабоэлектрических рыб» . Зоологическая наука . 26 (9): 587–599. дои : 10.2108/zsj.26.587 . ПМИД   19799509 . S2CID   21823048 .
  22. ^ Галлант, младший; и др. (2014). «Геномная основа конвергентной эволюции электрических органов» . Наука . 344 (6191). Л.Л. Трегер, Дж.Д. Волкенинг, Х. Моффетт, П.Х. Чен, К.Д. Новина, Г.Н. Филлипс: 1522–1525. Бибкод : 2014Sci...344.1522G . дои : 10.1126/science.1254432 . ПМЦ   5541775 . ПМИД   24970089 .
  23. ^ Арнегард, Мэн (2010). «Дупликация старых генов дважды способствует возникновению и диверсификации инновационной системы коммуникации» . Труды Национальной академии наук . 107 (51). DJ Zwickl, Y. Lu, HH Zakon: 22172–22177. дои : 10.1073/pnas.1011803107 . ПМК   3009798 . ПМИД   21127261 .
  24. ^ Лю, А.; Он, Ф.; Чжоу, Дж.; и др. (2019). «Сравнительный анализ транскриптома выявляет роль консервативных функций в конвергенции электрических органов у электрических рыб» . Границы генетики . 10 : 664. дои : 10.3389/fgene.2019.00664 . ПМК   6657706 . ПМИД   31379927 .
  25. ^ Чжоу, X.; Сейм, И.; Гладышев В.Н.; и др. (2015). «Конвергентная эволюция морских млекопитающих связана с четкими заменами в общих генах» . Научные отчеты . 5 : 16550. Бибкод : 2015NatSR...516550Z . дои : 10.1038/srep16550 . ПМЦ   4637874 . ПМИД   26549748 .
  26. ^ Бойл, Канзас; Колли, О.; Парментье, Э.; и др. (2014). «Продукция звука электрическим разрядом: эволюция звуковых мышц у сомов Synodontis spp. (Mochokidae)» . Труды Королевского общества B: Биологические науки . 281 (1791): 20141197. doi : 10.1098/rspb.2014.1197 . ПМЦ   4132682 . ПМИД   25080341 .
  27. ^ Перейти обратно: а б Крэмптон, Уильям Г. Р. (5 февраля 2019 г.). «Электрорецепция, электрогенез и эволюция электрического сигнала» . Журнал биологии рыб . 95 (1): 92–134. дои : 10.1111/jfb.13922 . ПМИД   30729523 . S2CID   73442571 .
  28. ^ Перейти обратно: а б Нагель, Ребекка; Киршбаум, Франк; Хофманн, Фолькер; Энгельманн, Джейкоб; Тидеманн, Ральф (декабрь 2018 г.). «Характеристики электрического импульса могут позволить распознавать виды африканских слабоэлектрических видов рыб» . Научные отчеты . 8 (1): 10799. Бибкод : 2018NatSR...810799N . дои : 10.1038/s41598-018-29132-z . ПМК   6050243 . ПМИД   30018286 .
  29. ^ Перейти обратно: а б Кавасаки, М. (2011). «Обнаружение и генерация электрических сигналов». Энциклопедия физиологии рыб . Эльзевир . стр. 398–408. дои : 10.1016/b978-0-12-374553-8.00136-2 .
  30. ^ Салазар, В.Л.; Крахе, Р.; Льюис, Дж. Э. (2013). «Энергетика генерации разрядов в электрических органах гимнастиформных слабоэлектрических рыб» . Журнал экспериментальной биологии . 216 (13): 2459–2468. дои : 10.1242/jeb.082735 . ПМИД   23761471 .
  31. ^ Трэгер, Линдси Л.; Сабат, Гжегож; Барретт-Уилт, Грегори А.; Уэллс, Грегг Б.; Сассман, Майкл Р. (июль 2017 г.). «Хвост двух напряжений: протеомное сравнение трех электрических органов электрического угря» . Достижения науки . 3 (7): e1700523. Бибкод : 2017SciA....3E0523T . дои : 10.1126/sciadv.1700523 . ПМК   5498108 . ПМИД   28695212 .
  32. ^ Нг, Хок Хи. «Malapterurus electricus (Электрический сом)» . Сеть разнообразия животных . Проверено 13 июня 2022 г.
  33. ^ Армитстед, Клэр (28 октября 2016 г.). «Наоми Олдерман: «Я погрузилась в роман как религиозный, но к концу так и не стала. Я написала себя из него» » . Хранитель .
  34. ^ Джордан, Жюстин (2 ноября 2016 г.). «Обзор Наоми Олдерман «Сила» - если бы девочки правили миром» . Хранитель .
  35. ^ Чарльз, Рон (10 октября 2017 г.). « Сила» — это «Рассказ служанки» нашей эпохи » . Вашингтон Пост .
  36. ^ Киллер, Анна (7 июня 2017 г.). «В объятиях электрического угря» . Журнал «Кливер»: Флэш (18) . Проверено 26 сентября 2022 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 20ba3e092d44e171217d208696cf5b69__1713102180
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/20/69/20ba3e092d44e171217d208696cf5b69.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Electric organ (fish) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)